2026年，西班牙巴利阿里群岛的一支团队把心率活动标签植入海鲈，再用机器学习把心跳和加速度翻译成四种福利状态。网箱里的鱼过得好不好，过去主要靠人站在网边看：摄食猛不猛、游动正不正常、体表有没有伤——这种观察主观、低频，也回答不了「周末没人动网箱时，鱼是不是更放松」这类问题。植入式标签给出一个此前拿不到的对比：投喂与网箱维护的工作日里，鱼体应激状态的比例明显高于无人打扰的周末。该研究由地中海高等研究所（IMEDEA-CSIC/UIB）联合葡萄牙鱼类行为研究团队完成，2026年4月发表在《Animal Biotelemetry》。 研究背景 水产养殖规模持续扩大，鱼类福利评估正在从「看状态」走向「测生理」。心率是能量代谢与应激反应最直接的窗口，外部加速度则刻画游动强度，两者组合能同时捕捉生理与行为两个维度。但要把它变成日常管理工具，还差两步：一是得证明植入式标签在商业规格的网箱环境里能长期稳定工作；二是得有一套方法，把连续不断的原始信号自动归类成管理者能读懂的状态，而不是留下一堆需要专家事后解读的曲线。精准水产养殖（precision fish farming）理念的兴起，正是要把这条链路补全。 研究过程 研究地点位于西班牙马略卡岛安德拉奇港近岸的开放式海水网箱，属海洋研究与养殖设施LIMIA-IRFAP海域。网箱为圆柱锥底网衣，直径5.5米、深7米，上覆防鸟网，共放养1000尾成年欧洲海鲈，平均体重1.00±0.05千克、标准体长37.4±0.5厘米，2023年3月至7月期间养殖，并选取3月与7月各14天作为两个观测期。 每个网箱每个观测期植入4尾鱼，累计32尾（体重0.94±0.04千克、标准体长36.10±0.5厘米）。标签选用冰岛Star-Oddi公司的DST milli HRT-ACT心率活动记录仪，尺寸13×39.5毫米、重12克，可同步记录心电图推导的心率、外部加速度与体内温度。手术按既有规程执行：麻醉后在腹中线胸鳍后方开2厘米切口，标签圆端朝向心包送入体腔，电极取向对准心脏，缝合后涂抹止痛凝胶并在背鳍附近挂T形外标，随后转入充氧海水康复槽。欧洲海鲈的同类植入研究此前已验证：术后鱼体平衡与游动行为快速恢复、伤口愈合良好、存活率高且无中长期生理异常，这为把手术流程搬进海上网箱作业提供了依据。 图1. 冰岛Star-Oddi公司DST milli HRT/ACT心率活动记录仪 图2. 从受控实验标注、模型训练验证到网箱数据分类的完整分析流程（论文 Fig.1） 模型训练用的是此前的受控胁迫实验数据：给已知刺激，标注对应状态，再据此训练随机森林分类器，把数据划为四种福利状态——静息、常规活动、反应性应激与主动性应激。训练数据按七三开切分训练与测试集，另做二十折交叉验证防过拟合。模型在独立测试集上总体准确率达到0.742，各类灵敏度介于0.692至0.780，特异度介于0.887至0.937，F1分数0.696至0.814，平衡准确率超过0.80。变量重要性分析显示，标准化加速度是判别主动性应激的主要预测因子，标准化心率则在静息与反应性应激的识别中贡献最大。 图3. 两个观测期连续14天的心率、加速度与体内温度时间序列，灰色区域为周末（论文 Fig.2） 研究结果 把训练好的模型套用到网箱数据上，结果呈现出清晰的节律。昼夜尺度上，夜间与清晨以常规活动和静息为主，正午起主动性应激比例持续攀升，峰值恰好落在12时至14时的计划投喂窗口，并延续至傍晚，与饱食后的能量分配行为吻合。7月观测期内心率昼夜波动剧烈，白天峰值均值达76.05±1.86次/分，夜间低谷60.67±1.13次/分；体内温度3月稳定在约17摄氏度、7月约28摄氏度，与同期海表温度一致。 图4. 随机森林模型性能与网箱个体在心率-加速度平面上的状态分布（论文 Fig.3） 图5. 四种福利状态在24小时周期中的占比分布（论文 Fig.4） 更有意思的是「工作日效应」。周一至周五的12时至14时窗口内集中了投喂与网箱清洗维护，周末则完全不施加任何养殖作业。统计显示工作日与周末的状态分布差异显著（卡方191.11，p<0.0001），应激相关状态在工作日更常见，周末则以静息和常规活动为主；3月的周末里反应性应激占比降到约15%。两个观测期之间的差异同样显著（卡方89.20，p<0.0001），但效应量较小（Cramer's V=0.112），说明季节的影响远不如人类作业活动直接。分季节看，7月主动性应激与静息占比上升、常规活动占比明显低于预期，3月周末则与其他组合判然有别——常规活动和静息占比显著偏高，应激状态双双回落。四个状态里，模型对静息的识别最干净，F1分数达0.814；主动性应激的边界最模糊，反映其背后行为与生理变异的天然重叠。 研究结论 这项研究把「网箱里的鱼过得怎么样」变成了可量化、可自动判读的连续数据：植入式标签在开放式网箱里稳定记录两个观测期，随机森林模型以0.742的准确率把心率与加速度翻译成四种福利状态，并首次在工作日与周末之间测出了统计学显著的应激差异。对养殖方，这意味着投喂窗口安排、作业时段选择可以直接以鱼的生理反馈为依据；对研究者，受控实验标注加现场应用的路线为其他鱼种与养殖场景提供了可复制的模板。Star-Oddi DST milli HRT-ACT以毫米级切口植入、同步三通道记录与数月级连续工作能力，构成了这套精准养殖监测方案的硬件底座。 参考文献 Hoyo-Alvarez E, Cabrera-Álvarez M J, Vanrell-Valls M, et al. From signals to states: biologger-based classification of seabass welfare states in sea-cages. Animal Biotelemetry, 2026, 14: 21. https://doi.org/10.1186/s40317-026-00461-5 相关产品链接 冰岛Star Oddi公司 动物生理记录仪

2023年，由丹麦技术大学国家水产资源研究所（DTU Aqua）领衔的研究团队，借助丹麦 KC-Denmark 公司的金属浮动沉降物捕集器（metal floating sediment trap），在卡特加特海峡与斯卡格拉克海峡（Kattegat/Skagerrak）14 个站位同步采集浮游动物与粪球，系统量化了粒径小至 10 μm 的微塑料在浮游动物、分选桡足类与粪球中的含量，并首次给出"粪球向温跃层输出微塑料"的通量预算。相关成果于 2023 年 7 月发表于《Environmental Science & Technology》。 图1. 丹麦KC-Denmark公司沉积物捕集器 图2. 卡特加特/斯卡格拉克采样站位（S1–S14）与表层水中微塑料浓度分布 研究背景 微塑料（microplastics，MPs，指 1 μm–5 mm 的塑料颗粒）是水环境中普遍存在的污染物。粒径小于 300 μm 的微塑料与浮游动物的天然饵料（浮游植物、原生动物）在尺寸上高度重叠，因而最容易被误食并进入海洋食物网。桡足类（copepods）是海洋中生物量最大的后生浮游动物，连接着浮游植物与更高营养级。实验室研究显示桡足类会随暴露浓度升高而摄食更多微塑料，但实验浓度比天然海水高出数个数量级，高摄食率可能只是实验假象；野外研究结果分歧很大，甚至有报道称摄食颗粒尺寸超过桡足类口径，更像缠绕或污染而非摄食。 另一方面，桡足类粪球（fecal pellets）是生物碳泵（biological carbon pump）的重要组成：若微塑料随粪球被"打包"沉降，粪球便可能成为微塑料向深海输出的生物载体；但针对粪球中微塑料的原位定量研究极少，尚缺乏实测证据。 研究过程 2020 年 10 月 20 日至 11 月 1 日，研究团队搭乘 DTU Aqua 的 R/V DANA 号，在卡特加特海峡与斯卡格拉克海峡的 14 个站位采样。浮游动物用装有 5 张网衣（网孔 335 μm）、开口面积 0.25 m² 的多联网斜拖采集，按表层（温跃层以上）、中层（温跃层）与深层（温跃层以下）分层闭合，分层深度依据 CTD 剖面确定；S13 站位分白天（S13a）与夜间（S13b）两次采样。 粪球样品在除站位 8（样品丢失）以外的所有站位采集。采样使用 KC-Denmark 的金属浮动沉降物捕集器：该捕集器由两个平行的圆筒组成，筒径 80 mm、长 450 mm，布放于温跃层顶部（10–25 m）持续 6–8 h。回收后，内容物经 22 μm 金属筛浓缩，在体视显微镜下挑出粪球；每站分离 100–200 粒，用 0.2 μm 过滤海水冲洗 3 次后装入含 5% SDS 的玻璃瓶。此外，为计算粪球沉降速度，还在站位 1–12 用装于 CTD 采水器架上的 20 L Niskin 采水器采集 5 m 层水样以估算表层粪球浓度。 样品经酶解—氧化消解与密度分离（多钨酸钠，1.7 g/cm³）后，用焦平面阵列显微傅里叶变换红外成像（FPA-μFTIR，Cary 620，128×128 探测器）识别并定量微塑料，以 siMPle 软件自动完成谱库比对。全流程在层流罩内进行，并以空气空白、水空白和程序空白扣除污染。 图3. 站位 S13a、S13b、S14 的浮游动物类群组成与微塑料浓度（MPs ind-1）垂向分布 实验结果 浮游动物体内微塑料含量极低，且空白校正是关键。 浮游动物样品中微塑料浓度中位数为 0.0017 MPs ind-1，分选桡足类样品中位数为 0.0029 MPs ind-1，粪球样品中位数为 0.0003 MPs pellet-1（n≈2800 粒）；部分站位（如分选桡足类的 II、V 区与粪球的 II、III 区）未检出微塑料。污染空白校正使各样品微塑料浓度估计下降约 2.5 个数量级（Fig 2B；Table 1）。 粒径与形态揭示"可摄食"特征。 全部样品中 88±8% 的微塑料小于 300 μm，62±13% 小于 100 μm，与桡足类口径（< 100 μm）量级相符。粪球中微塑料以碎片为主（76%）、小于 100 μm 的比例最高（91%）；浮游动物样品中碎片占 59%，分选桡足类中纤维占主导（55%），提示纤维更易缠绕而非被摄食（Fig 4）。 图4. 表层水、浮游动物样品、分选桡足类与粪球中微塑料的聚合物组成（上：按数量；下：按质量） 图5. 表层水、浮游动物样品、分选桡足类与粪球中微塑料的粒径（长×宽）与质量分布 微塑料预算显示粪球的输出去向有限。 研究区表层水微塑料平均浓度为 39 MPs m-3，其中仅约 3% 存在于桡足类体内、5% 包裹于粪球之中。粪球平均沉降速率 46383 粒 m-2·d-1、沉降速度 11.1 m/d（n=11）；据此估算表层水体约有 154494 粒 m-2 粪球、每日可能输出 95271 粒 m-2，但捕集器实际仅收到 46383 粒 m-2，说明大量粪球在表层即被分解。粪球携带的微塑料中只有约三分之一越过温跃层，即每日向温跃层输出的微塑料仅占表层总量的 1.4%（Fig 5）。 图6. 研究示意图：微塑料与浮游动物饵料的粒径重叠及其在食物网与水体中的归趋与预算 研究结论 1. 野外实测表明，丹麦海域浮游动物对粒径小至 10 μm 微塑料的摄食量很低：桡足类体内仅约 3% 的表层水微塑料，粪球中也仅约 5%。这与实验室高浓度暴露所得的"高摄食率"差异明显，说明以实验室结果外推天然海况存在风险。 2. 粪球确实能把微塑料"打包"下沉，但其定量贡献低于预期：粪球中只有约三分之一微塑料能越过温跃层，日输出量仅相当于表层微塑料总量的 1.4%；其余微塑料随粪球在表层被微生物分解、被再次摄食而重新释放回水柱。因此浮游动物是微塑料进入食物网的入口之一，但其对微塑料迁移与垂向输出的定量贡献低于直接摄食悬浮微塑料或微塑料吸附于海雪（marine snow）等路径。 3. 由于天然海水中微塑料本底极低，采样与样品处理中的污染控制与空白校正成为结论成立的前提——本研究中校正前后浓度估计相差约 2.5 个数量级。 把"刚排出的粪球"原位、无扰动地接住。** 要判断"生物塑料泵"是否成立，前提是能定量捕获粪球、并给出可比较的沉降通量。KC-Denmark 沉降物捕集器系列覆盖多种工况：28.100/28.310 为 Ø80/Ø110 mm 管式捕集器，28.550 为 12/24 瓶时序型，28.650 拦截面积 0.25 m²；本研究用的正是小型浮动式金属沉降物捕集器，由两个平行圆筒（筒径 80 mm、长 450 mm）构成。它随水层漂浮、直接布放于温跃层顶部，可在不搅动水体的前提下接住刚刚排出的粪球，避免柱状采样器因剪切与湍流造成的粪球破碎与再悬浮；圆筒开口面积与布放时间已知，使"每平方米每日沉降多少粒粪球"可直接换算，从而支撑上述沉降速率数据与"仅 1.4% 微塑料被输出"的关键结论。 参考文献 Gunaalan K., Nielsen T.G., Rodríguez Torres R., Lorenz C., Vianello A., Andersen C.A., Vollertsen J., Almeda R. Is Zooplankton an Entry Point of Microplastics into the Marine Food Web? Environmental Science & Technology, 2023, 57(31): 11643–11655. https://doi.org/10.1021/acs.est.3c02575 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 沉积物捕集站

2025年，乌克兰国家南极科学中心等机构的联合团队，在2019—2021年连续三个南极考察季，于南极半岛西部威廉群岛的加林德斯岛周边布设监测站位，使用德国HYDRO-BIOS公司的5 L Niskin采水器采集表层海水，结合16S rRNA基因扩增子测序与功能预测，系统揭示了浮游细菌群落随浮游植物发展的季节演替规律。研究共处理280个表层水样，发现异养、依附藻类的细菌在春夏占优，寡营养与化能自养类群在秋季增多；硅藻丰度与Sulfitobacter、Yoonia等类群显著正相关，而DMSP脱甲基基因在夏季冰退、棕囊藻大量繁殖后达到峰值。相关成果于2025年发表于《Frontiers in Microbiology》。 研究背景 南大洋是地球上季节对比最强烈的海洋系统之一：冬季深混合、光照匮乏、海冰密布，夏季则光照充足、生产力旺盛。这种强烈的季节性驱动微生物群落有序演替，其分类组成与功能结构随之改变。近海以及南极半岛西部海区正在经历显著的升温与海冰期缩短，淡水输入增加，可能进一步改变浮游植物群落结构与溶解有机碳的可得性，从而影响浮游细菌的多样性与功能。 已有研究表明，浮游细菌与浮游植物在藻华期间相互作用尤为紧密：异养与兼性异养微生物在夏季占优，化能自养细菌则相对活跃于冬季；同时，群落还受离岸距离、营养盐与盐度等因素的调节。然而，相关数据多集中在春季与夏季，秋季乃至冬季的观测相对匮乏，季节间与年际间的变异难以完整刻画，这限制了对南大洋这一高效碳汇中微生物介导过程的预测能力。要获得可比性良好的长期序列，规范、可靠的表层采水与样品处理是前提。 研究过程 研究依托乌克兰南极考察计划，于2019—2021年连续三个考察季在加林德斯岛（威廉群岛）近海开展工作，采样时段覆盖2—4月，并在2019年与2020年补充了10月至次年1月的采样，从而使观测跨越南极春季、夏季与秋季。样品分别采自1、3、5号站，站位离岸距离不同；由于春季天气恶劣与海冰覆盖，大部分水域难以进入，因此10月至1月的采样集中于3号站。三个考察季共获得280个表层海水样品，兼顾季节内与季节间的动态分析。 水样采用德国HYDRO-BIOS公司的5 L Niskin采水器采集，同时以温盐深剖面仪记录各站温度与盐度剖面。水样数小时内即经真空过滤通过0.22 µm滤膜富集浮游细菌，滤膜以RNAlater溶液保存并于−20 ℃冷冻，待提DNA。浮游植物经逆流过滤浓缩至30—50 mL，以40%甲醛与冰醋酸按1︰1配制、终浓度4%的溶液固定，再缓慢倾析浓缩至10—20 mL，在显微镜下以400—1000倍放大进行定量与种类鉴定；较大细胞采用1 mL Sedgewick-Rafter计数框，常规计数使用0.05 mL Nageotte计数框，湿生物量按几何相似法估算。 分子分析方面，从滤膜提取总DNA后，针对16S rRNA基因V4区（515F-806R引物）进行扩增，在Illumina NovaSeq PE250平台完成双端测序；序列经质控、去嵌合后按97%相似度聚类为OTU，以Silva数据库注释分类，并计算Shannon多样性指数与系统发育多样性（PD），同时用PICRUSt2流程预测群落的功能潜力。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司5 L Niskin采水器 图2. 加林德斯岛（威廉群岛）近海监测站位分布（改编自 Pavlovska 等 2025，图1） 实验结果 1. 浮游细菌呈清晰的季节演替。 与浮游植物的发展同步，依附藻类的异养细菌——黄杆菌属（Polaribacter）、Yoonia、Sulfitobacter、Amylibacter及γ变形菌SAR92分支等——在春夏占优；进入秋季，随着浮游植物衰退，寡营养与化能自养类群（如Polaromonas、Paraglaciecola）以及SAR11分支的比例上升。 2. 群落与浮游植物紧密耦合，硅藻关联尤为突出。 Sulfitobacter在2019年晚夏一度占群落的63%；Polaribacter在2019年10月与12月分别高达52%和45%。相关分析显示，硅藻纲丰度与Sulfitobacter（R = 0.59，p = 0.00007）、Yoonia（R = 0.53）显著正相关，凸显异养细菌与微藻之间的营养耦合。 3. 多样性指数随藻华阶段变化。 Shannon指数均值为4.9，最高值5.6出现在2020年10月；系统发育多样性PD在2019年2月最高（140.6），最低值47.7出现在2019年10月。低叶绿素期细菌多样性反而更高，或与初级生产者竞争减弱有关。 4. 功能基因随季节切换。 PICRUSt2预测显示，碳水化合物降解与硫酸酯酶基因在硅藻、棕囊藻大量繁殖的夏季最为丰富；DMSP脱甲基基因在2019、2020年夏季冰退、棕囊藻（Phaeocystis antarctica）暴发后达到峰值，反映了冰融期硫代谢底物的释放。 5. 检出明显的鸟粪源氮信号。 预测的尿酸降解基因拷贝数高于其他氮代谢通路，提示不断扩张的企鹅群落对近岸海洋生态系统氮循环施加了可观影响。 图3. 浮游植物生物量与丰度的季节动态（星号为浮游细菌采样日期；改编自 Pavlovska 等 2025，图2） 图4. 2019—2021年浮游细菌属水平分类组成变化（改编自 Pavlovska 等 2025，图3） 研究结论 这项为期三年的高通量研究证明，南极威廉群岛近岸浮游细菌群落的分类与功能结构随浮游植物的发展呈可预测的季节演替：春夏由依附藻类的异养细菌主导，秋季则由寡营养与化能自养类群接替；藻华期碳水化合物降解与硫酸酯酶基因富集，冰退期DMSP脱甲基基因激增，此外企鹅来源的氮输入也在群落功能中留下了清晰印记。研究强调，浮游植物与浮游细菌的协同演变，深刻塑造着这一快速变化海区的微生物动态与生物地球化学循环。 德国HYDRO-BIOS公司的Niskin采水器为这项长期监测提供了稳定的采样保障。5 L规格单次即可满足细菌富集、叶绿素与浮游植物鉴定的多重取水需求，配合标准化的过滤与保存流程，使跨季节、跨年度的样品具有良好可比性。Niskin PWS系列提供1.7 L、2.5 L、3.5 L、5 L、10 L等多种容积，并可选配适配不同采水器阵列的接口版本，广泛适用于极地、近岸与深海的微生物与生物地球化学研究。 参考文献 Pavlovska, M., Zotov, A., Prekrasna-Kviatkovska, Y., Sidhu, C., Dzhulai, A., Dzyndra, M., Dykyi, E. Dynamics of microbial communities in Western Antarctic Peninsula waters shaped primarily by the biological interactions. Frontiers in Microbiology 16: 1591986 (2025). https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1591986 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 Niskin 型塑料采水器（PWS）

2021年，由澳大利亚南十字大学牵头，德国基尔赫尔姆霍茨海洋研究中心、秘鲁海洋研究所等多国机构参与的研究团队公布了一项海上中宇宙实验结果：他们2017年在秘鲁卡亚俄近岸布放8个装置，模拟深海低氧水上升，追踪沿岸低氧区的氮损失过程。观测期间，团队将一支经校准的德国AMT公司安培式硫化氢传感器搭载于多参数水质仪上，逐日监测各中宇宙底层水体的硫化氢浓度，为解读两大脱氮通路的消长提供了关键化学背景。相关成果发表于《Biogeosciences》。 研究背景 秘鲁沿岸的洪堡寒流系统是全球最典型的东边界上升流区之一：风力驱动富含营养盐的深层水上涌，滋养了极高的初级生产力；有机质沉降后好氧降解，又让次表层水体大面积亏氧。在缺氧环境下，微生物改用硝酸盐、亚硝酸盐分解有机质，把生物可利用氮还原为氮气，这一反硝化过程是海洋固定氮流失的主要途径之一；另一条路径是厌氧铵氧化，直接以铵根和亚硝酸盐生成氮气。随着气候变化，上升流可能增强，海洋整体却在持续失氧。上升深水的氧气、酸碱度与硫化物含量如何调控氮损失通路，直接关系到全球海洋氮收支的未来走向，而船机断面调查难以把水化学与过程速率对应起来，研究团队因此选择海上中宇宙实验，在受控又贴近自然的条件下完整追踪一轮氮循环。 图1. 海洋主要氮循环过程示意，蓝色为氧化过程，红色为低氧或厌氧过程。 研究过程 实验于2017年2月22日在秘鲁近岸约4海里、圣洛伦索岛附近海域启动，8个KOSMOS中宇宙由直径2米、深约18.7米的聚氨酯袋体构成，袋底2米为漏斗形沉积物捕集器，每个围集约54立方米天然浮游生物群落，2月26日起连续采样50天。 每天清晨，团队先用泵收集捕集器中的沉降颗粒物，随后开展水质仪剖面观测。这台多参数水质仪除常规温盐深与光学溶解氧传感器外，还加装了一支经校准的AMT安培式硫化氢传感器，逐日给出各中宇宙及周边太平洋水体的硫化氢垂向分布；之后再用积分采水器分上层与底层采集水样。强热力分层把水体分成高氧高pH的表层与低氧低pH的底层，采样深度也随分层演变调整，后期为0至12.5米与12.5至17米。 模拟上升流的关键一步是深水添加：实验第5天与第10天，团队分别从90米与30米深处采得两批氮亏损程度不同的低氧水，于第11、12天等体积置换注入各中宇宙底层与表层，形成低氮磷比与极低氮磷比两个处理组；第13天与第33天再向底层注入盐水强化分层。用于脱氮速率测定的水样取自15.25米，以氮15标记的铵盐或亚硝酸盐加标培养约20小时，质谱测定生成的标记氮气，再经动力学换算得到原位速率。 图2. 德国AMT公司硫化氢（H2S）微传感器。 实验结果 一、上升流与低氧底层水得以成功复现。 实验期间周边太平洋经历多次上升流事件，表层氧饱和度一度降至约30%，pH降至约7.5。中宇宙内强分层使表层与底层水体严格分离，底层溶解氧长期处于低位，盐水注入有效压制混合，底层水化学维持在接近太平洋本底的状态。 图3. 中宇宙外太平洋水体上升流与分层的温盐深、氧饱和度与pH剖面演变。 二、底层硫化氢维持在微摩尔量级。 AMT传感器的连续监测显示，各中宇宙及周边太平洋底层水的硫化氢浓度处于微摩尔量级，大多在3至10微摩尔每升之间波动，约相当于0.1至0.3 ppm；表层水体则大多仅为纳摩尔量级。高浓度硫化氢恰恰出现在脱氮过程活跃的低氧底层，为评估硫化物对各脱氮通路的抑制效应提供了实测依据。 图4. 各中宇宙底层颗粒有机氮、溶解有机氮、硝酸盐、亚硝酸盐及氧与硫化氢浓度的时间演变。 三、反硝化主导氮损失，厌氧铵氧化贡献很小。 培养实测的反硝化速率大多介于5.5至20纳摩尔氮气每升每小时之间，峰值接近80；经底物动力学换算，中宇宙内实际原位速率大多不超过0.2至4.2纳摩尔氮气每升每小时，表明实验后半段脱氮菌群已受底物限制。厌氧铵氧化仅在少数样品中检出且速率很低，实验第16天后其功能标记基因已不再检出——底层3微摩尔每升量级的硫化氢可完全抑制厌氧铵氧化，而对反硝化影响不大。回归分析显示，亚硝酸盐、硝酸盐与颗粒有机质是反硝化速率的主要驱动因子。 图5. 以7号中宇宙为例的完整氮收支。 四、浅层脱氮量与颗粒氮输出量相当。 实验前38天，由原位速率积分得到的氮损失约为每升1至5.5微摩尔氮，与基于全氮收支的独立估算相符，约占初始可利用氮库的20%；这一损失量与沉降到约20米深捕集器中的颗粒有机氮总量处在同一量级，意味着在沿岸上升流的低氧条件下，可能输出到深海的氮已有相当一部分在较浅的表层就转化为氮气流失。 图6. 原位反硝化速率多元回归的变量筛选与效应量。 研究结论 这项中宇宙实验复现了秘鲁沿岸上升流低氧水的化学环境，证明反硝化是该海域氮损失的主导通路，硫化氢积累与有机质碳氮比变化共同压制了厌氧铵氧化；在低氧上升流条件下，浅层脱氮即可消纳与颗粒氮输出量相当的生物可利用氮，对评估东边界上升流区乃至全球海洋氮收支具有普遍意义。 对从事低氧区、养殖区与沉积物界面观测的用户而言，硫化氢是解读脱氮与硫循环耦合的关键参数，其浓度梯度集中在数米范围内且对氧敏感，采样回实验室测定极易失真。德国AMT公司专注水环境电化学分析测量技术，微传感器响应迅速、钛壳防护、尺寸紧凑，提供在线与自容两种版本，测量参数覆盖硫化氢、总硫、溶解氧、二氧化碳、氢、臭氧、pH、氧化还原电位与电导率，并配有专用校准装置。把硫化氢传感器与多参数水质仪组合挂接、逐日获取垂向剖面，正是AMT传感器在低氧水体观测中的典型用法。 参考文献 Schulz, K. G., Achterberg, E. P., Arístegui, J., Bach, L. T., et al. Nitrogen loss processes in response to upwelling in a Peruvian coastal setting dominated by denitrification – a mesocosm approach. Biogeosciences, 2021, 18: 4305–4320. https://doi.org/10.5194/bg-18-4305-2021 相关产品链接 德国AMT公司 硫化氢（H₂S）微传感器 德国AMT公司 H₂S/pH/T/D 水下探头

2026年，一项基于Ryder 2019航次的研究，把格陵兰西北部超过80°N的两条相邻冰川峡湾摆上了同一张对比表：一条通航开阔、风混合充分，另一条却被海冰与冰山“封口”，融水在表层堆出一道稳定的盐度屏障。发表于《Frontiers in Marine Science》的这项工作，利用Petermann峡湾与Sherard Osborn峡湾35个站位的光学与声学联测，借助UVP5原位成像仪与多联网分层采样，首次将两种冰情下的海洋雪形态类型与桡足类群落垂直结构完整对齐。结果显示，冰坝滞留导致强层化的Sherard Osborn峡湾初级生产指标更低、海洋雪更稀少，桡足类无节幼体占比不足一成；而混合充分的Petermann峡湾饵料更充裕，桡足类反而下潜到更深处躲避捕食。海冰—层化—生产—群落，一条级联影响链在极地峡湾被清晰拍了下来。 研究背景 冰川峡湾是北极碳循环与生态系统的重要枢纽：冰川融水注入塑造水柱层化，层化决定光照与营养盐补给节奏，进而控制藻华的时机与强度，最终影响以海洋雪形式输出的碳和以桡足类为起点的食物网。格陵兰西北的Petermann峡湾（PF）与Sherard Osborn峡湾（SOF）构成近乎天然的对照实验：两峡湾均深逾800米，各自拥有北格陵兰仅存的两条漂浮冰舌冰川——Petermann冰川注入内尔斯海峡，冰山可顺畅外输；Ryder冰川面向多年生海冰堆积的林肯海，冰山与碎冰在湾口形成“冰坝”，把低密度融水困在湾内。冰情差异如何逐级传导到海洋雪与浮游动物？以往观测多聚焦单一峡湾，且缺乏原位成像证据，这条因果链始终缺少定量拼图。 研究过程 2019年8月5日至9月10日，瑞典斯德哥尔摩大学与新罕布什尔大学联合组织的Ryder 2019航次乘破冰船进入两峡湾。研究人员将UVP5原位成像仪安装在CTD温盐深仪采水架上，随采水架以约0.5米/秒下放，以最高8赫兹的频率连续拍摄约1升定标水体，检测下限约100微米，自动保存大于80像素的目标图像。由于冰下融水羽流携带大量悬浮泥沙，深层图像无法可靠判读，分析聚焦上层100米——共完成SOF25个、PF10个站位的剖面成像，另有邻近海区13个站位图像用于训练海洋雪分类算法。 同时，研究在10个站位布放多联网（MultiNet，Hydro-Bios）分层采样：5张0.25平方米网口、200微米网目的串联网在0–50米与50–100米（部分站位25米分层）逐层开闭，样品经福尔松分样器分割后镜检，将桡足类按体型分为大中型（前体长≥2毫米，包括Calanus glacialis、C. hyperboreus、C. finmarchicus、Metridia等）、小型（Oithona、Microcalanus、Pseudocalanus等）与无节幼体三组。采水架还搭载宽带声学换能器，以320–420千赫宽带信号同步探测桡足类散射层的垂直位置，与UVP图像互为印证。 图1. 法国HYDROPTIC公司UVP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统。 图2. 格陵兰西北研究区。Petermann峡湾（黄点）与Sherard Osborn峡湾（绿点）的UVP光学/声学站位，红菱形为多联网分层采样站位，右下插图为北极区域位置示意。 实验结果 冰情与水柱结构迥异：PF在8月中旬后海冰外输、湾内开阔，风混合充分；SOF湾口被冰坝封锁，表层15米内堆着3.5°C、盐度仅约15的暖淡融水，约20米深处形成强密度跃层。PF叶绿素荧光峰更强更浅（约20米），SOF荧光峰下移至约30米且强度更低，但其氧饱和度峰值达115%，指示湾内浮游动物总呼吸偏高。 海洋雪方面，研究用19个形态特征做k-means聚类，把UVP图像中的颗粒分为四类：大团聚体（中值粒径约2毫米，蓬松低圆度）、小球体（约1毫米，圆形高亮度，最可能为粪颗粒）、薄片（约1.5毫米，不规则）与暗色混合体（约1.5毫米）。两峡湾颗粒群落结构差异显著（ANOSIM R=0.78，p=0.002）：PF各类颗粒丰度全面更高；SOF的小球体集中在跃层之上，暗色混合体则居跃层之下——层化把粪颗粒“拦截”在了生产层附近。 图3. 基于19个形态特征的海洋雪k-means聚类（k=4）。（A）主成分分析散点显示四个聚类；（B）四类颗粒的粒径（ESD）、圆度、亮度与结构差异箱线图；（C）大团聚体、薄片、小球体与暗色混合体的代表性UVP图像。 图4. Sherard Osborn峡湾（红）与Petermann峡湾（蓝）各类海洋雪的深度密度剖面（灰色带为95%置信区间）。PF各类颗粒丰度全面更高；SOF小球体集中于约20米跃层之上，暗色混合体居跃层之下。（B）为两峡湾颗粒群落结构的NMDS排序。 桡足类的答案同样分明：上层100米浮游动物中桡足类占97.7%。SOF无节幼体占比不足10%、小型桡足类约占一半，总丰度低于PF；PF无节幼体约占三成，各体型组分布更均衡（ANOSIM R=0.60，p<0.005）。声学剖面与310张UVP桡足类图像共同显示：SOF桡足类集中在50米以浅、紧贴荧光峰觅食；PF桡足类更多分布在75米以下——那里饵料虽深一层，却能躲开视觉捕食者，散射层质量中心比SOF深约4米。 图5. （A）两峡湾桡足类声学背散射平均垂直剖面：SOF（红）散射中心约50.7米、集中于上层；PF（蓝）约54.8米、75米以下占比更高。（B）UVP图像识别的桡足类垂直分布箱线图，同样显示SOF更浅、PF更深的格局。 研究结论 研究证明，海冰状况通过“冰坝—层化”机制级联塑造极地峡湾的整个透光层生态系统：冰坝滞留造成强层化，抑制营养盐补给与初级生产，削减海洋雪产量并改变其形态构成，同时压缩桡足类幼体的存活空间；而开阔混合的峡湾维持更高的生产与更丰富的幼体补充，桡足类因此有“资本”下潜避敌。作者指出，未来格陵兰冰川融水将进一步增多，但冰坝事件频率可能下降——两条峡湾的生态剧本或将互换，这为北极峡湾碳输出与食物网预测提供了关键的物理—生态耦合标尺。 结语 从浑浊冰下羽流中的颗粒成像，到与声学、网采数据的三方互证，这项研究展示了原位成像观测在极端环境下的适应力。法国HYDROPTIC公司的UVP5系统以约1升定标采样体积、最高8赫兹的连续成像和EcoTaxa平台的海量图像自动分类，让“看得见的碳”与“看得见的食物网”在同一垂直剖面里对齐；配合Hydro-Bios MultiNet多联网的分层精准采样，粒径图像与类群计数互为补充，构成极地生态调查的经典组合。随着北极峡湾观测需求增长，新一代UVP6已兼容采水架、水下滑翔机等多种平台，为冰间区与冰下连续观测提供更轻便的方案。 参考文献 1. Chawarski J, Côté D, Stranne C, Jakobsson M, Mayer L, Cohen J H, Geoffroy M. Distribution of marine snow and copepods vary between two Arctic fjords with contrasting ice cover and stratification regimes. Frontiers in Marine Science, 2026, 13: 1516750. DOI: 10.3389/fmars.2026.1516750 2. Picheral M, Guidi L, Stemmann L, Karl D M, Iddaoud G, Gorsky G. The Underwater Vision Profiler 5: An advanced instrument for high spatial resolution studies of particle size spectra and zooplankton. Limnology and Oceanography: Methods, 2010, 8: 462-473. DOI: 10.4319/lom.2010.8.462 3. Kiko R, Picheral M, Antoine D, Babin M, Berline L, Biard T, Boss E, Carlotti F, Coppola L, Gorsky G, Guidi L, Hauss H, Irisson J-O, Karp-Boss L, Lombard F, McDonnell A M P, Ohman M D, Pretty J L, Rogge A, Stemmann L, et al. A global marine particle size distribution dataset obtained with the Underwater Vision Profiler 5. Earth System Science Data, 2022, 14: 4315-4337. DOI: 10.5194/essd-14-4315-2022 （图源：Chawarski et al. 2026，Frontiers in Marine Science，CC BY 4.0） 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF高频型水下视觉剖面仪 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP低功耗型水下视觉剖面仪 德国HYDRO-BIOS公司 浮游生物多联采样网

2024 年 1 月，研究团队在长江上游金沙江的溪洛渡与向家坝两座梯级水库坝前深水区各取 3 根沉积柱样，用氨基糖标志物配合宏基因组测序，把沉积物里的真菌残体碳与细菌残体碳分开算了一遍。结果显示，真菌残体碳是优势组分，而水库在梯级中所处的位置，直接决定了这套“微生物残体碳账本”记得住还是记不住。 研究背景 微生物残体碳（microbial necromass carbon，MNC）是微生物死亡后经原位转化残留在环境中的细胞残体碳，正成为理解碳固定的新视角。近年提出的“土壤微生物碳泵”概念强调，微生物同化产物是稳定有机碳的重要来源：微生物死亡后以氨基糖等形式在基质中累积，多项研究显示 MNC 对有机碳的贡献可超过 50%，远高于微生物生物量碳（通常不足 5%）。MNC 分为真菌残体碳（FNC）与细菌残体碳（BNC）：真菌偏好难降解的植物残体，细菌偏好易降解底物，二者比例变化直接影响 MNC 的稳定性。 然而，以往 MNC 研究绝大多数聚焦陆地土壤，对水库沉积物关注甚少。内陆水体每年从陆地生态系统接收约 5.1 Pg 碳，全球水库沉积物每年累积约 0.6 Pg 碳。筑坝是河流中最重要的人为扰动，会显著改变碳的输运与空间分布：上游大坝像“过滤器”，截留粗颗粒物质，并改变向下游输送的有机质数量、质量与时序，沿梯级逐级消耗活性碳与养分，可能系统性削弱下游水库的 MNC 生产与保存效率。基于此，作者提出三个假设：其一，FNC 在沉积有机碳（SeOC）中的占比高于 BNC；其二，梯级筑坝的“过滤效应”削弱下游水库沉积物的 MNC 累积；其三，碳降解功能基因（CAZyme）与 MNC 组成之间存在潜在联系。 图1. 丹麦KC-Denmark公司 Kajak 柱状采泥器 研究过程 研究在长江上游金沙江的溪洛渡水库（XLD）与向家坝水库（XJB）开展，2024 年 1 月采样。在每个水库坝前深水区，用柱状采泥器（Kajak，KC-Denmark）采集 3 根独立柱样，XLD 柱长 25 cm、XJB 柱长 44 cm。柱样现场按 5 cm 间隔分层切割、无菌均质后分装，用于沉积物表征（TN、SeOC）、氨基糖分析、DNA 提取与 CAZyme 注释，以及微生物生物量碳（MBC）与碳利用效率（CUE）培养实验，最终获得 14 个独立样品单元（XLD 9 个、XJB 5 个）。 MNC 的定量以氨基糖为标志物，包括氨基葡萄糖（GluN）、半乳糖胺（GalN）与胞壁酸（MurN），提取后经高效液相色谱荧光检测器测定。设定 GluN 与 MurN 摩尔比为 2:1，按 FNC=(GluN−2×MurN)×(179.2/251.2)×9 与 BNC=MurA×45 分别计算真菌与细菌残体碳，两者之和即 MNC。宏基因组测序平均每个样品获得约 6 Gb 双端数据，合计 154 Gb；以 hmmscan 按 1e-5 的 e 值比对 CAZy 数据库，共鉴定 256,578 个 CAZyme 基因，涵盖 GHs、GTs、PLs、CEs、AAs 与 CBMs 六大类，丰度以 RPKM 标准化。统计分析采用单因素方差分析、线性回归、Spearman 相关与 Mantel 检验。 图2. 研究区与采样站位。底图为长江上游金沙江流域高程图（色阶 249–4313 m），标注溪洛渡（XLD）与向家坝（XJB）两座梯级水库、宜宾、昭通等城市及岷江、横江等支流，右上角为定位示意图。两库均位于长江上游产沙核心区，XJB 处于 XLD 下游，构成串联的梯级系统。 实验结果 MNC 的垂向分布呈现鲜明的“反向”格局：XLD 沉积物中 FNC、BNC 与 MNC 含量均随深度增加而升高，XJB 则恰好相反。就组成而言，XLD 与 XJB 的 FNC/MNC 分别为 64.7%–69.6% 与 68.7%–75.4%，BNC/MNC 分别为 28.2%–37.3% 与 20.8%–31.3%，即 FNC 是 MNC 的主要贡献者，其对 MNC 的贡献是 BNC 的 2–4 倍。MNC 对 SeOC 的贡献比在两库分别为 15%–33% 与 14%–34%，说明 MNC 在研究区沉积有机碳固定中扮演重要角色。相关分析显示，SeOC 与 MNC 在两库均显著正相关（R2=0.761、R2=0.438，p<0.001），FNC（R2=0.582、R2=0.31）与 BNC（R2=0.915、R2=0.454）亦与 SeOC 显著正相关（图3c、d）；MNC/SeOC 在不同沉积层间差异显著（p<0.05），且 XLD 随深度升高、XJB 随深度降低。 图3. 两库沉积物中 BNC、FNC、MNC 及其比值的垂向分布箱线图。左列为 XLD（0–25 cm），右列为 XJB（0–44 cm）；第一行自左至右为 BNC、FNC、MNC，第二行为 BNC/MNC 与 FNC/MNC。可见 XLD 各指标随深度上升、XJB 随深度下降，且 FNC 丰度整体高于 BNC。 图4. MNC 对 SeOC 的贡献及线性关系。a、b 分别为 XLD 与 XJB 的 MNC/SeOC 垂向分布，XLD 随深度升高、XJB 随深度降低；c、d 为 SeOC 与 FNC、BNC 的线性回归，FNC 用紫色方块、BNC 用绿色三角表示，两者均与 SeOC 显著正相关。 宏基因组结果进一步揭示了两类残体的可降解性差异。降解纤维素与半纤维素的植物源功能基因丰度总体随深度增加（图5），其中参与植物源组分降解最丰富的 CAZyme 家族为 GH74（木葡聚糖酶）与 GH2（β-半乳糖苷酶/β-葡糖醛酸糖苷酶）。而在微生物源碳降解基因中，GH20（N-乙酰β-氨基葡糖苷酶/β-己糖胺酶）在真菌死体降解中最丰富，GH23（溶菌酶/肽聚糖裂解转糖基酶）在细菌死体降解中最丰富；尤为关键的是，降解细菌死体的碳降解功能基因丰度可达真菌死体的两倍，说明细菌残体更易被降解利用、更容易参与碳周转。 图5. 植物源碳降解功能基因丰度（RPKM）垂向分布。a–c 为 XLD 的纤维素、半纤维素、木质素降解基因，d–f 为 XJB 对应指标。可见纤维素与半纤维素降解基因丰度总体随深度增加，反映了沉积物中植物源（陆源）碳输入的长期累积。 图6. 微生物源碳降解功能基因丰度（RPKM）垂向分布。a–c 为 XLD（真菌源几丁质、真菌源葡聚糖、细菌源肽聚糖），d–f 为 XJB 对应指标。可见细菌源肽聚糖降解基因（右列）柱高明显高于真菌源几丁质与葡聚糖，与“细菌残体更易降解”的结论一致。 图7. Spearman 相关与 Mantel 检验。色块为环境因子两两间的 Spearman 相关系数（红为正、蓝为负）；FNC、BNC 与各环境因子以 Mantel 检验连线，绿线 p<0.01、紫线 0.01–0.05、灰线 p≥0.05。FNC 与 SeOC、TN、ROC、N/P、C/P 及纤维素、半纤维素、葡聚糖降解基因显著相关，BNC 与 SeOC、TN、ROC、N/P 及葡聚糖、肽聚糖降解基因显著相关。 Mantel 检验表明，MNC 受多因子共同调控：FNC 与 SeOC、TN、ROC、N/P、C/P 以及纤维素（D-Cellu）、半纤维素（D-Hemi）、葡聚糖（D-Glu）降解基因显著相关（p<0.05）；BNC 则与 SeOC、TN、ROC、N/P、葡聚糖（D-Glu）和肽聚糖（D-Pep）降解基因显著相关。SeOC 与 TN、C/P、木质素降解基因（D-Lig）显著正相关，与 D-Glu 显著负相关，说明 SeOC、TN、N/P、D-Glu 与 D-Pep 是影响沉积物 FNC 与 BNC 的重要指标。 研究结论 本研究首次系统刻画了梯级水库沉积物中 MNC 的垂向分布与影响因素。结果显示，FNC 是 MNC 的优势组分，其对 SeOC 的贡献为 15%–35%；碳降解功能基因与沉积物理化性质共同调控 MNC 含量，而水库在梯级中的空间位置是决定微生物残体碳固定的关键因子，进而影响筑坝河流系统的整体碳汇功能。上游 XLD 在截留大量沉积物颗粒的同时，也把附着其上的微生物与植物残体一并沉降，其沉积速率显著高于下游 XJB，MNC 含量也更高——这与“快速埋藏减少好氧降解、并与矿物颗粒形成有机—矿物结合保护”的机制相符；下游 XJB 接收更细、经过更多次加工的物料，且受水动力分选、氧化还原条件与再悬浮影响，长期累积效率被削弱。 真菌残体因细胞壁富含几丁质、氮需求低而碳利用效率高，且菌丝可穿插矿物基质形成有机—矿物结合，比细菌残体更耐降解，这解释了 FNC 在沉积物中的持续主导地位。因此在评估筑坝河流碳固定、预测水库碳汇功能时，必须把真菌残体动态纳入模型；而这一切的前提，是把沉积物柱样的垂向信息取准——从表层到深层，MNC 组成与比值的反向梯度正是判断水库累积效率的关键证据。 KC-Denmark Kajak 柱状采泥器与选型 本篇研究使用的是 KC-Denmark 的 Kajak 柱状采泥器 13.030——标准配置为 60 mm 亚克力取样管（可选 50 cm、100 cm 两种长度），既可线操作也可加装最长 6 m 的操作杆，支持最多 12 kg 铅配重；通过 13.050 适配器可换装 80 mm 取样管，并兼容不锈钢取样管、切割器与“橙皮”（orange peel）防漏系统，专为软泥与松散沉积物设计。同系列还包括 13.000（model A，配杆操作）、13.400（model B）与 13.040（带振动器，最大作业水深 70 m，不锈钢取样管 60 mm、长度可达 2 m）。若研究需要一次取得多个平行柱样，可选用多管采泥器 70.000（6 管 × Ø110 mm，穿透深度 50 cm）；早期型号 72.000（4 管 × Ø110 mm）已停产，现行为 70.000，选型时请以现行型号为准。 参考文献 Lu L., Wang X., Qin Y., Xiao Y., Zhang Y., Ma H., Wang D., Li Z. Hydrological Fragmentation Driving Microbial Carbon Necromass Reduction in Columnar Sediments: Evidence from CAZyme Genomic Signatures in Cascade Reservoirs. Microbial Ecology, 2026, 89(1): 61. DOI: 10.1007/s00248-026-02705-6 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Kajak 柱状取样器